排水隧洞在山区公路设计中的应用.pdf

公路交通技术 2 0 1 0年 8月 第 4期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o A u g 2 0 1 0 N o 4 排水隧洞在山区公路设计中的应用 王孔正 ，林海洋 ( 温州市交通规划设计研究 院 ，浙江 温州3 2 5 0 0 0 ) 摘要 ：山区公路 设计 中，以排 水隧洞代 替拱 涵的设计方案 ，不但 能缩短施 工工期 ，简化 施工 工序 ，节省工程造 价 ，而且能使 其结构具有永久安全性 ，值得在 山区公路 建设 中推广应用。 关键词 ：山区公路 ；排水隧洞 ；设 计应 用 文章编号 ：1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 1 0 0 0 3 中图分 类号：U 4 1 2 3 6 文献标识码 ：B Ap p l ic a t i o n o f Dr a i n a g e Cu lv e r t s i n De s ig n o f Hi g h wa y s i n Mo u n t a i n o u s Ar e a W ANG Ko n g z h e n g ，LI N Ha i y a ng 近几年 ，随着交通建设的快速发展 ，山区公路 等级也在不断提高。由于山区公路地处山岭重丘区 域 ，路线走 廊带内沟壑纵横 ，山岭连绵 ，地形复 杂 ，随着新建或改建公路设计技术标准的提高，难 免出现一些高填深挖路段。根据桥涵设计原则 ，高 填路堤 的涵洞一般选用管涵或拱涵 ，对于上方流域 面积较大的路堤 ，考虑到管涵受孔径的限制 ，一般 设置拱涵进行排水。在山区公路建设 中，拱涵是一 种传统 的排水构造物 ，具有承载能力大 、砌筑容 易、就地取材等优点 ，但也存在消耗工 日大、施工 工期长、工程造价大等问题。特别是近几年，随着 人工工资不断提高 ，拱涵工程费用大的问题尤为突 出。因此 ，为 了节省工程造价 ，减少工程圬工量 ， 缩短施 工工 期 ，根据 山区公路地形地貌及地质特 点 ，引用水利工程建设中的排水隧洞代替拱涵也是 一 种可考虑的设计方案。笔者参与了最近刚刚完工 的 1 条 近 6 0 k m长 山区公路 的设计 ，其 中多处采 用排水隧洞代替拱涵。本文对排水隧洞设计方案进 行阐述，供同行参考。 1 排水隧洞实地布置 1 1 高填路堤跨深谷的排水隧洞布置 如 图 1 所示 ，路线跨越 深谷 ，填 高近 2 0 i n 。 根据水文计算及横断面设计图 ，需在沟底布置 1 道 长 7 0 IT I ，孔径 3 I T I X 3 i n的拱涵 。考虑到拱涵施工 周期长、造价大，确定在该处采用排水隧洞方案。 经现场勘察，沟谷东面的山体较为陡峭，基岩外 露 ，地质较好 ，而西面较为平坦 ，地表土履盖层较 收稿 日期 ：2 0 0 9 1 2 一 O 7 作者简介 ：王孔正( 1 9 7 1 一) ，男 ，浙江省温州市人 ，本科 ，高工 厚 ，因此排水隧洞位置选择在东面山坡下方。由于 排水隧洞进出洞 口偏压较为严重 ，故其轴线采用圆 弧形 ，以减轻隧洞偏压。同时在隧洞进 口设置顺坝 引水，且其还可起到防护填方坡脚作用。 1 2 路线 2次跨越溪流的排水隧洞布置 如图 2 所示 ，路线 2次跨越溪流 ，溪流处填高 约 5 m，如按常规设计方法 ，需布设 2道钢筋混凝 土盖板明涵。考虑到前方有一座长 2 2 0 0 m的隧道 ( 控制性工程 ) ，其施工便道需沿路基经此掘进 ，而 建设工期较短 ，因此路线 2次跨越 的溪流处改为填 图 1 高填路堤跨深谷排水隧洞平面布置 图 2 跨越溪流排水隧洞平面布置 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 4期 王孔正，等：排水隧洞在山区公路设计 中的应用 1 0 1 图3 路线沿溪沟布设时排水隧洞平面布置 方 ，在路线西北面的山嘴下布设 1 座排水隧洞用于 排水。同时考虑到隧洞进 口偏压问题 ，隧洞轴线采 用圆弧线 ，进洞 口设置引水顺坝。 1 3 路线沿溪沟布设时的排水隧洞布置 如图3 所示 ，路线沿溪沟布设，溪沟处填高约 1 5 m，一般设 计会考 虑桥梁方 案或高 挡墙 方案 。 由于该段路线前后均为深挖路堑 ，有大量弃方 ，同 时桥梁或高挡墙方案造价较高，因此设计时采用 了 排水隧洞方案。具体为 ：将上游的溪水通过路线东 北面山脊下方设置的隧洞排 到下游 ，路线沿溪沟段 采用高路堤填筑。该路段设置排水隧洞后 ，不但利 用 了前后路堑的弃渣 ，而且降低 了工程造价 ，缩短 了施工工期。 2 排水隧洞与拱涵技术经济比较 以图 1 为例，根据水文计算及实地测量的涵洞 轴线纵面 ，需设置 1 道长 7 0 m，孔径 3 m3 m的 拱涵 ，考虑到排水隧洞可采用压力式排水 ，经计算 其尺寸取 3 m2 5 m的直墙式隧洞 ，长 8 5 m。排 水隧洞与拱涵的技术经济 比较见表 1 。 从表 1可知 ，排水隧洞相 比于拱涵 ，不仅在工 程造价上 占较大的优势 ，而且施工工期短 ，施工方 便 ，因此 ，在高填方路段 ，在地形及地质条件允许 情况下 ，采用排水 隧洞代替拱 涵是较好 的设计方 案 。 3 排水 隧 洞设计 3 1 地形、地质条件 设计排水隧洞时 ，首先应在 1： 2 0 0 0的地形图 上对路线所穿越的溪沟水流走向及周 围的地形情况 进行分析 。路线以高填 的形式穿越溪沟时 ，V形沟 谷两侧或一侧 的山体须较饱满并陡峭，排水隧洞可 以弧形沿陡峭的一侧 山体下方布置 ( 图 1 ) ；路线 2 次或多次跨越溪沟时 ，路线 2次跨越点中问须是一 个突出的山嘴 ，排水隧洞可以直线或弧形沿路线内 侧 山嘴下方布设( 图 2 ) ；路线沿溪沟布设时 ，路线 溪流一侧须是突出的山脊或山嘴，排水隧洞以直线 形式沿 山脊下方 布置 。在排水 隧洞平面布置完成 后 ，需到实地对隧洞所穿越位置的地质情况进行调 查。为了隧洞施工时易于进洞及减少洞身防护，洞 口段地层岩性一般要求达到级围岩以上 ，洞身段 围岩一般要求达到级以上 ，同时需对隧洞所穿越 山体岩层节理发育程度及是否存在断层等情况进行 详细勘察 ，必要时应采用挖槽 、钻孔等勘察手段 ， 以获取准确的地质资料 。 3 2断面形式 排水隧洞断面尺寸大小 的确定可参照涵洞 的孔 径设计 ，但必须保证设计洪水、漂流物等安全通 过， 确保路基稳定，避免对上、下游农田的不利影 响。山区公路的涵洞孔径设计一般采用暴雨推理法 计算 ，并用形态调查法复核 ，通过无压力式水力计 算图示验算涵洞孔径 。如算得排水隧洞断面尺寸过 大，经技术经济比较，可采用压力式排水隧洞，以 减小断面尺寸，避免断面尺寸过大而需对洞身加强 支护 。 排水隧洞的断面形式一般参照公路隧道中的直 墙式断面构造 ，即隧洞两侧采用直线 ，洞顶采用半 圆形( 图 4 ) 。根据隧洞 围岩的应力分析 ，隧洞宽度 与直墙高度 日比值为 1 ： 1 1： 0 7 5 时，围岩 自 表 1 排水 隧洞与拱涵 的技术经济比较 项 目 排水 隧洞 开挖土石方 ， m ， 圬工量 m 3 锚杆挂 网喷混凝土 ， m z 工程造价 万元 施工工期 月 施工组织 1 1 3 7 ( 含洞 口开挖 ) 1 4 0 ( J l 坝 ) 3 48 24 7 2 通过埋设简易排水设施后，便可 同步施工排水隧洞与路堤填筑 3 6 8 ( 涵洞清基 ) 2 1 7 7 0 61 8 4 5 需拱涵施工完毕，强度 达 7 0 后方可填筑路堤 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 2 公路交通技术 2 0 1 0皇 ( a )排水隧道洞 口立 面 ( b )排水隧道洞 口纵剖面 图4 排水隧洞洞口布置 身承载力状态最佳。 3 3 防护形式 3 3 1 隧洞仰边坡防护 如图 4所示 ，隧洞明槽两侧及洞 口正面坡率一 般采用 1： 0 3 3 。隧洞 明槽开挖至洞 口后 ，仰坡在 拱顶上方 2 m处按 1： 1 坡率削至地表，以保证仰 坡上岩土 自然稳定。明槽两侧边坡及洞顶仰坡采用 锚杆挂 网喷混凝 土支护 ，沿洞 口外轮廓 1 m范 围 根据地质情况可采用超前锚杆支护 ，维护隧洞进洞 开挖时围岩稳定 。 3 3 2 洞口洞 内防护 一 般来说 ，隧洞洞 口段多属于浅埋地带 ，地质 较差 ，以级围岩为主 ，洞内埋置较深 ，围岩级别 能达到 、级。对于级围岩地段采用锚杆挂网 喷混凝土支护 ，对于 、级 围岩地段可采用 自然 裸岩 ，但必须采用光 面爆破 。如洞 内出现 断裂 断 层 ，须设置超前锚杆 ，尽量采用非爆破形式开挖 ， 及时采用锚杆挂网喷混凝土进行初期支护 ，并进行 2次衬砌 以形成复合支护。 4 施工注意事项 1 )在洞 口拉槽开挖前 ，应结合地形情况事先 做好排水工作 ，洞 口环形简易截水沟应先期完成。 2 )洞 口开挖 以尽量减少洞 口刷坡 ，争取早进 洞为原则 ，因地制宜地开挖。 3 )为减少对 围岩扰动及减少超挖 ，隧洞开挖 必须采用光面爆破技术 。为提高光面爆破的效果 ， 应根据实际地质情况实时改进爆破工艺 ，控制炸药 量，以减少开挖爆破时炸药对围岩的扰动，降低外 部应力对洞身 的影响。 4 )隧洞可能与已知或推测 的断层相遇 ，施工 过程 中应充分重视。如遇到 ，应视断层带宽度、交 角及胶绪隋况，认真分析，及时汇报，以便及时采 取对策。 5 )若隧洞岩体岩层倾角平缓，层理面存在薄 弱面，锚喷支护施工时锚杆应尽可能与岩层垂直 ， 以最大限度发挥锚杆的作用。 6 )施工时应认真按照新奥法的要求 ，及时进 行详细的施工量测，以量测的数据及时修正设计并 指导施工。 7 )若隧洞 内存在断层破碎带或软弱围岩地段 ， 则可能存在较为丰富的地下水 ，如果处理不好 ，则 容易发生突水 、突泥事件 ，不仅影响施工安全与施 工进度， 严重时还会危及结构使用， 故施工时应考 虑采用超前注浆堵水或周边注浆堵水等措施。 5结 语 在 山区公路设计中，以排水隧洞代替拱涵达到 排水 目的，是将水利工程设计方法应用到公路设计 中的一种新理念。实践证明，运用排水隧洞代替拱 涵，不但能缩短施工工期，简化施工工序，节省工 程造价 ，而且其结构具有永久安全性和可靠性，特 别值得在山区公路建设 中推广应用 。 参 考 文 献 1 】 重庆交通科研设计院 J T G D 7 ( k -2 0 0 4 公路隧道设计 规范【 s 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 0 f 2 中交第一公路工程局有限公司 J T G F 6 0 - - - 2 0 0 9 公路 隧道施工技术规范【 s 】 北京： 人民交通出版社 ， 2 0 0 9 【 3 J 中交第一公路工程局有限公司 J T G T F 6 0 - - 2 0 0 9 公 路隧道施工技术细则【 s 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 9 【 4 1 河北 省交通规划设计研究 院J T G T D 6 0 - 0 4 -2 0 0 9 公路涵洞设计细则 S 】 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 7 5 1吴伟荣， 等 浅谈上三高速第十五合同段滑坡( 六) 排水 隧洞施工方法 J 1 现代高速， 2 0 0 2 ( 6 ) ： 6 4 6 7 【 6 】 林元格浅析排水隧洞在山区公路建设中的应用 J 】 浙 江交通科技， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 2 0 2 1 7 】 水利部东北勘测设计研究院S L 2 7 9 -2 0 0 2 水工隧洞 设计规范f s 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 2 【 8 中交第二公路勘察设计研究院 J T G D 3 0 - - 2 0 0 4 公路 路基设计规范【 s 北京 ： 人民交通出版社， 2 0 0 4 f 9 中交公路规划设计院J T G D 6 1 -2 0 0 5 公路圬工桥涵 设计规范【 S 】 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 5 1 0 】同济大学J T J 0 1 8 9 7 公路排水设计规范 s 北京： 人民交通出版社， 1 9 9 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m